JP2009002421A - 動力伝達装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易構造でもって低コストを実現し、負荷の過大な変動時に迅速に応答して検出して直ちに動力源モータの稼動を停止させて、駆動系や伝達系の部材を保護できる特に画像形成装置に採用されて好適な動力伝達装置を提供する。
【解決手段】回転駆動源の派するモータＭから出力された回転動力は、駆動ギア３からトルクリミッタ９を介して受動ギア４に伝達され、受動ギア４から負荷系を作動させる。トルクリミッタ９は負荷系の負荷が設計値以上になったとき、駆動ギア３と受動ギアの機械的な接続を切り離して遮断する。受動ギア４から切り離された駆動ギア３に対してその回転をカップリングギア２を介して強制的に制止し、回転方向への負荷を増大させる。それは負荷増幅手段の固定突起６にカップリングギア２側の周回突起２ｂを突き当てて係合させることで、駆動ギア３を強制的にその回転を止め、回転方向への回転トルクを増大させてパルスモータＭを脱調させ、出力停止させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、複写機、ファクシミリ装置、プリンタおよび多機能複合機など電子写真画像形成装置（以下、「画像形成装置」という）などにおいて装備され、駆動力を伝達する動力伝達装置に関するものである。

プリンタや複写機などの画像形成装置では、給紙部の給紙ローラや現像装置における動力伝達部の回転駆動源としてＤＣモータやステッピング（パルス）モータなどが用いられている。モータとしては電力消費量を低く抑えられ、できるだけ少ない数のモータで多くの負荷系を駆動できるようにすることで、関連部品や電気機器の点数を削減し、低コストに抑えられるものが求められる。その場合、負荷系の１つ１つに対しては必要かつ十分な駆動力を付与できる性能を備えていることが要求される。ところで、モータの稼働中、負荷系や駆動系において何らかの原因で負荷が大きく変動して設計値を上回り、誤作動や暴走など不測の事態が発生することがある。それにもかかわらずモータが停止せずに稼動し続けると、歯車やクラッチなどの動力伝達部品や関連する電気部品などを破損させる場合がある。

そうした事態を回避するために、先に本出願人は、動力伝達装置に装着したトルクリミッタの作動に連動させて、モータ駆動回路を電気的にオフにする画像形成装置を提案している（たとえば、特許文献１参照）。すなわち、設計値以上の過大なトルクが負荷系に働くとモータを停止させ、過大なトルクを遮断することで動力伝達部品や電気部品を保護するものである。

しかし、上記特許文献１に開示された画像形成装置の場合、負荷系が１つの場合は問題なく対応できても、負荷系が複数になるとその数だけトルクリミッタを必要とする。その場合、すべてのトルクリミッタに連動させて１つのスイッチでモータ駆動回路をオフしようとすると、モータ駆動回路に対してトルクリミッタの位置が規制されて自由度が狭められるといった課題がある。

また、過大な負荷が働くと負荷系の回転速度が同期速度に一致しなくなり、モータに脱調が生じることがある。一度、モータが脱調すると自力で正常な同期状態に復帰することが困難なため、直ちに稼動を停止させることが望ましいとされる。それについても本出願人はモータ脱調時に対応できるようにしたシート供給装置を提案している（たとえば、特許文献２参照）。この場合、負荷系のトルクが上限値を超えると回転動力源のパルスモータに脱調が生じるので、そのトルク上限値をしきい値としてシート供給装置のシート積載台とこの駆動手段が破壊に至るとされる強度より小さくなるように設定している。すなわち、シート積載台と駆動手段が破壊に至る前にパルスモータを脱調させ、シート積載台の上昇動を停止させてシート積載台自体と駆動手段の保全を確保しようというものである。

しかしこの場合、パルスモータが脱調するときのトルクにバラツキが有ることを考慮しなければならない。複数の負荷系が下流側に配置されている場合は、パルスモータを脱調させるトルクを負荷系の１つが破壊に至る強度よりも小さく設定する必要がある。したがって、その場合のパルスモータには複数の負荷系のすべてに必要かつ十分な出力を付与できることが性能条件として要求されると同時に、負荷系の１つにおける負荷の変動に対しても自在に対応できる性能のものが求められる。

一方、特許文献３に開示された回転型現像装置の場合、現像器に過分な負荷が働くと、トルクリミッタで回転動力の伝達を遮断して歯車やクラッチなどの部品を破損から防止できるようにしている。

しかし、この特許文献３においては、トルクリミッタで回転動力を遮断して現像器の現像スリーブや攪拌スクリューの機器を停止させたにもかかわらず、それを検出できないまま画像形成のシーケンスは続行される。そのため、現像剤（トナー）の濃度不足などによって画像不良を生じるおそれがある。また、トナーを担持するキャリアが漏出したり、像担持体である感光体ドラムを損傷させるなど二次的被害が発生した時点で初めて異常に気づくといった不具合がある。それを回避するためにトルクリミッタの作動を特殊な電気的検出手段でもって検出しようとすると、コストの増大は避けられない。

特開平１１−２４３５１号公報 特開平１０−２３１０２９号公報 特開平６−３３２２８５号公報

画像形成装置にあっては特に、動力伝達装置の下流側に多数の様々な負荷系を配置して構成されている。前述のように、負荷系すべてに対して回転駆動源のモータは必要かつ十分な出力を付与できるものが要求されるが、負荷の大きな変動時に１つの負荷系を破損などから保護する応答性良好な機能を実現するには、特に特許文献３のように非常にコスト高となる。

本発明の目的は、負荷系における過負荷発生時、迅速に応答して直ちに回転駆動源モータの稼動を停止させて機器や部材を保護できる特に画像形成装置に採用されて好適な動力伝達装置を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明の代表的な動力伝達装置は、回転駆動源から出力された回転動力を負荷系に伝達する動力伝達装置において、前記回転駆動源から回転動力を受ける回転入力部材と、前記負荷系に回転動力を伝える回転出力部材と、前記回転入力部材と前記回転出力部材とを機械的に接続して、前記負荷系の負荷が設計値以上になったときに前記回転入力部材と前記回転出力部材との接続を切り離して遮断する過負荷保護機構と、前記回転出力部材から切り離された前記回転入力部材に対してその回転を強制的に制止して回転方向への負荷を増大させることにより、前記回転駆動源を脱調させて出力停止させる負荷増幅手段と、を備えたことを特徴とするものである。

本発明の動力伝達装置によれば、負荷系において負荷が大きく変動すると、過負荷保護機構と負荷増幅手段を働かせて回転駆動源の出力を直ちに停止させる。それによって、たとえば歯車やクラッチなどといった部材や機器を破損から保護でき、低コストの装置を提供することができる。

以下、本発明に係る動力伝達装置の好適な実施形態について図を参照して詳記する。

（第１実施形態）
図１（ａ），（ｂ）は、過負荷時に回転駆動源のモータの出力を強制停止させる過負荷保護機構（トルクリミッタ）と負荷増幅機構の両機能を備えた第１実施形態の動力伝達装置を示す。回転駆動源のたとえばパルスモータＭから出力された回転動力は本装置の駆動ギア（回転入力部材）３に入力される。駆動ギア３に伝達された回転はトルクリミッタ９を介して受動ギア（回転出力部材）４に伝えられ、さらにその受動ギア４の回転は下流側に配置されている被回転体部品や機器などからなる負荷系に伝達され、所要の作動を行わせる。

トルクリミッタ９は、上記駆動ギア３に噛合する入力側のカップリングギア１と、上記受動ギア４に噛合する出力側のカップリングギア２と、そして入力側から押して出力側との機械的な接続を付勢する付勢ばね（弾性部材）５などを備えて構成されている。カップリングギア１，２のそれぞれ同軸上で対向する面のそれぞれ一側面にはクラッチ機能する山形の爪部１ａ，２ａが結合されて噛み合っている。それら入力側の爪部２ａと出力側の爪部１ａとの噛み合わせを係脱させて、両カップリングギア１，２どうしを連結状態または切り離して遮断状態にする。上記付勢ばね５は両爪部１ａ，２ａを係合させて噛み合わせる方向に押圧して付勢しており、クラッチ連結状態による通常駆動時は、図１（ａ）に示すように、両カップリングギア１，２が一体に回転可能な状態になっている。

図２（ａ），（ｂ）は、トルクリミッタ９を正面からみて、カップリングギア１，２の爪部１ａ，２ａに働く力の関係を示すベクトル図である。図２（ａ）に示すように、爪部１ａ，２ａの傾斜面１１，２２間には係合によって摩擦力Ｍが生じる。この摩擦力Ｍのギア回転方向に平行な分力Ｍ´が負荷系の負荷Ｋよりも大きいと、図１（ａ）のように、カップリングギア１，２が一体的に接続状態になると駆動ギア３の回転を受動ギア４に伝達可能となる。

ここで、入力側のカップリングギア２については、爪部２ｂとは反対側の他側面から突出して凸形状の周回突起２ｂが設けられている。その周回突起２ｂが係脱する相手の固定突起６を装置本体フレーム７に固定して設けている。装置本体フレーム７は上記付勢ばね５を保持するホルダプレートともなっている。図１（ａ）に示す通常駆動時の状態では、カップリングギア２側の周回突起２ｂは装置本体フレーム７側の固定突起６に高さ方向で逃げており、回転駆動中にそれら周回突起２ｂと固定突起６は互い干渉することはない。そこで、そのように係脱する周回突起２ｂと固定突起６は対をなして「負荷増幅手段」を構成する。後述するように、周回突起２ｂが固定突起６に突き当たって係合すると、入力側のカップリングギア２の回転を妨げ、駆動ギア３の回転を制止するように働く。そして、その駆動ギア３の上流側に配置されている回転駆動源のパルスモータＭの稼動を「出力停止」に至らしめる。

再び図２を参照し、図２（ｂ）はクラッチ機能する爪部１ａ，２ａの傾斜面１１，２２どうしの接触が外れる方向に接触量（長さ量）範囲が少なくなり、そのときの摩擦力Ｍの分力Ｍ´が負荷Ｋよりも小さい場合を示す。この場合、傾斜面１１，２２間に滑りが生じ、入力側のカップリングギア２が図１（ｂ）中の矢印で示すギア軸線方向にスラストして移動し、周回突起２ｂが図の下方に下がってその周回軌跡上で装置フレーム７側の固定突起６に突き当たって係合する。その係合によって入力側のカップリングギア２の回転が妨げられ、回転トルクが増大されて回転駆動源のパルスモータＭの回転出力が脱調する。パルスモータが脱調したら直ちに稼動を停止させる。これが要点である。

以上から分かるように、トルクリミッタ９では爪部１ａ，２ａの傾斜面１１，２２の傾斜角度と、摩擦力Ｍを生み出す摩擦係数のカップリングギア１，２の材質を好適に設定することと、付勢ばね５のバネ定数を好適に設定することが条件となる。好適な条件の設定によって、設計値以上の過大な負荷が生じるとトルクリミッタ９ではクラッチ機能が働く。それによって入力側のカップリングギア２が回転軸線方向に移動して出力側のカップリングギア１から離反し、駆動ギア３の回転を受動ギア４に伝達しないように遮断する。トルクリミッタ９がそのようにして過負荷保護機能を果たすと、同時に周回突起２ｂが固定突起６に突き当たって係合し、入力側のカップリングギア２を介して駆動ギア３の回転を制止させる方向に妨げる。駆動ギア３は回転を強制的に妨げられることで負荷が増大し、敢えてパルスモータＭの稼動を脱調させる。

したがって、受動ギア４の下流側で回転動力が伝達される被回転体部品などからなる負荷系、たとえば複写機やプリンタの給紙部における給紙ローラなどの回転による負荷系が配置されているとする。その給紙ローラによる負荷系を含み、その他にも複数の負荷系が配置されていても、その負荷系に応じた数だけ本実施形態のコンパクトで低コストの動力伝達装置を配備する。それにより、１つの負荷系を構成する被回転体部品や機器が破壊強度に達する以前に、それら部品や機器への動力伝達を遮断して破壊などから未然に防止する。すなわち、結果的ではあるが、過大な高負荷の状態をそのまま続行することの不都合を未然に回避するものである。

なお、この第１実施形態においては、周回軌道上で係脱する入力側のカップリングギア２の周回突起２ｂと装置本体フレーム７側の固定突起６による負荷増幅手段の設置数について１つずつ設けた構造が示された。勿論その設置数に限るものではなく、周回軌道上で数を増やすほど緊急停止時までの応答速度を速めることができる。それにより、クラッチ機能部の破損など二次的被害の拡大防止にも有効である。

（第２実施形態）
次に、図３（ａ），（ｂ）は、本発明の第２実施形態による動力伝達装置を示す。上記第１実施形態の部材や機器と同一または共通するものには同一符号を付して重複する部分の説明は省く。

本実施形態においては、第１実施形態で示したカップリングギア１，２を１つにした中間斜歯ギア（以下、符号「２」で示す）が設けられている。この中間斜歯ギア２は、駆動ギア３と受動ギア４との間に中間歯車的に両ギアに噛合しており、中間斜歯ギア２に働くスラスト方向への力が設計値を超えると、ギア軸である回転軸線の方向に移動して噛合を解除する。それによって、駆動ギア３からの回転を受動ギア４に伝達しないように遮断する構造である。この場合の中間斜歯ギア２は付勢ギア５によって駆動ギア３と受動ギア４に噛合する方向に付勢されている。

（第３実施形態）
また、図４（ａ），（ｂ）は、本発明の第３実施形態による動力伝達装置を示す。この場合も上記第１，第２実施形態の部材や機器と同一または共通するものには同一符号を付して重複する部分の説明は略す。

駆動ギア３が揺動アーム１２の長手方向の中間部にギア軸１２ａを介して回転自在に軸支されている。揺動アーム１２の長手方向の先端部には揺動ギア１７が回転自在に軸支されて駆動ギア３に噛合している。揺動ギア１７は受動ギア４に係脱可能に合しており、その揺動ギア１７を中間歯車として機能させて駆動ギア３に入力伝達された回転駆動源モータからの回転出力を受動ギア４に伝達する。また、揺動アーム１２の長手方向の後端部は引張ばね（弾性部材）１５に係止され、駆動ギア３の回転軸である上記ギア軸１２ａを回動中心にして揺動アーム１２を図４の時計回り方向に付勢し、つまり揺動ギア１７が受動ギア４に噛合する方向に付勢している。また、この場合所定の負荷がかかっているギア１０を有し、このギア１０の軸上に負荷系を構成する被回転体部品や機器が連結されている。

したがって、負荷系の負荷が設計値を超えると、図４（ｂ）に示すように、揺動ギア１７は揺動ギア１２を介して反時計回り方向に揺動して受動ギア４との噛合から離脱し、駆動ギア３の回転が受動ギア４に伝達されるのを遮断して切り離す。受動ギア４から離反した揺動ギア１７は揺動し、駆動出力ギヤ４から離れ、所定量の負荷のかかっているギアに噛合する。

すなわち、この第３実施形態においては、揺動ギア１７を支持した揺動アーム１２をギア軸１２周りで時計回り方向に付勢する引張ばね（弾性部材）１５のバネ定数を好適に設定し、またギア１４に常時働かせている回転負荷を好適に設定する。それによって、負荷系の負荷が設計値以上になったとき、回転駆動源のパルスモータを脱調させ、駆動を停止させることができる。なお、揺動ギア１７に上記第１実施形態で示した周回突起２ｂを設けて、揺動アーム１２が揺動すると係合して負荷を増幅させる構成も可能である。

以上、本発明について数例の実施形態を示したが、本発明の主旨を逸脱しない範囲内でその他の実施形態、応用例、変形例、そしてそれらの組み合わせも可能である。

同図（ａ），（ｂ）は本発明に係る動力伝達装置の第１実施形態において通常駆動時と負荷増幅時の状態を示す図。 同図（ａ），（ｂ）は第１実施形態におけるトルクリミッタの動作時の力の作用を模式的に示す図。 同図（ａ），（ｂ）は本発明に係る動力伝達装置の第２実施形態において通常駆動時と負荷増幅時の状態を示す図。 同図（ａ），（ｂ）は本発明に係る動力伝達装置の第３実施形態において通常駆動時と負荷増幅時の状態を示す図。

符号の説明

１ 出力側のカップリングギア
１ａ 爪部
２ 入力側のカップリングギア
２ａ 爪部
２ｂ 周回突起（負荷増幅手段）
３ 駆動ギア（回転入力部材）
４ 受動ギア（回転出力部材）
５ 付勢ばね（弾性部材）
６ 固定突起（負荷増幅手段）
９ トルクリミッタ（過負荷保護機構）
１０ 負荷増幅用のギア
１１ ギアの爪部の傾斜面
１２ 揺動アーム
１２ａ 揺動中心のギア軸
１５ 引張ばね（弾性部材）
１７ 揺動ギア
Ｍ パルスモータ（回転駆動源）

Claims (7)

1. 回転駆動源から出力された回転動力を負荷系に伝達する動力伝達装置において、
   前記回転駆動源から回転動力を受ける回転入力部材と、
   前記負荷系に回転動力を伝える回転出力部材と、
   前記回転入力部材と前記回転出力部材とを機械的に接続して、前記負荷系の負荷が設計値以上になったときに前記回転入力部材と前記回転出力部材との接続を切り離して遮断する過負荷保護機構と、
   前記回転出力部材から切り離された前記回転入力部材に対してその回転を強制的に制止して回転方向への負荷を増大させることにより、前記回転駆動源を脱調させて出力停止させる負荷増幅手段と、
   を備えたことを特徴とする動力伝達装置。
2. 前記負荷増幅手段は、
   前記回転駆動源であるモータが脱調して出力停止に至る負荷に達するまで前記回転入力部材の回転を制止することを特徴とする請求項１に記載の動力伝達装置。
3. 前記負荷系が複数の場合に、その負荷系の１つが設計値以上の過大な負荷になった場合でも前記過負荷保護機構を作動させかつ前記負荷増幅手段を作動させることで、前記モータが脱調して停止させることを特徴とする請求項２に記載の動力伝達装置。
4. 前記過負荷保護機構はトルクリミッタであり、
   前記回転入力部材が駆動ギアである場合にそれに噛合する入力側のカップリングギアと、
   前記入力側のカップリングギアの一側面に結合されたクラッチ機能を有する入力側の爪部と、
   前記回転出力部材が受動ギアである場合にそれに噛合する出力側のカップリングギアと、
   前記出力側のカップリングギアの一側面に結合されて前記入力側の爪部に係脱してクラッチ機能を有する出力側の爪部と、
   前記入力側の爪部を前記出力側の爪部に係合させる方向に押圧して付勢する弾性部材と、を備えてなっていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の動力伝達装置。
5. 前記負荷増幅手段は、
   前記入力側のカップリングギアの他側面に突出して設けられた周回突起と、
   装置本体フレームに固定して設けられて前記入力側のカップリングギアの回転に伴う周回軌道上の前記周回突起に係脱する固定突起と、
   を有し、
   前記トルクリミッタが働いて前記入力側の爪部が前記弾性部材に抗して前記出力側の爪部から離反し、かつ前記入力側のカップリングギアが回転軸線方向に移動したときに、前記周回突起が前記固定突起に係合することで前記入力側のカップリングギアとこれに噛合する前記駆動ギアの回転を強制的に制止させて回転方向への負荷を増大させることを特徴とする請求項４に記載の動力伝達装置。
6. 前記トルクリミッタが、前記駆動ギアと前記受動ギアに噛合する中間斜歯ギアの１つを有してなっている場合に、前記負荷系に設計値以上の回転トルクが作用したとき、スラスト方向の力によって前記中間斜歯ギアが回転軸線の方向に前記弾性部材に抗して移動することを特徴とする請求項４または５に記載の動力伝達装置。
7. 前記トルクリミッタが、
   前記駆動ギアを長手方向の中間部で回転自在に軸支しかつ先端部に前記受動ギアとの噛合が係脱可能となっている揺動ギアを回転自在に軸支し、さらに後端部に係止した前記弾性部材によって前記揺動ギアを前記受動ギアに噛合する方向に付勢されている揺動アームを有してなっていることを特徴とする請求項４または５に記載の動力伝達装置。

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